基于扩张状态观测器的磁悬浮球连续滑模控制

针对磁悬浮球系统具有非线性、模型不确定性和易受干扰影响的特点,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的连续滑模控制方法(CSMC)。该控制方法采用ESO对系统的扰动进行观测和估计,再将扰动估计值作为连续滑模控制器的补偿量,以克服不确定性和外界扰动的影响,进一步提升了连续滑模控制器的控制性能。仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明,与连续滑模控制方法(CSMC)相比,ESO-CSMC具有更强的抗干扰性能。     

基于多回路扩张状态观测的加筋壁板结构多模态振动控制

摘 要：针对加筋壁板结构的多模态主动振动控制中存在输出叠加和控制输入耦合的问题,结合多回路线性扩张状态观测器(multi-LESO)和线性PD反馈控制律,设计一种不依赖结构数学模型的多模态线性自抗扰复合振动主动控制策略。首先,将其它模态的输出叠加和控制输入耦合看成是广义干扰,每个独立回路的线性扩张状态观测器能够估计出这种广义干扰,再通过前馈补偿的方式抵消这种影响;然后分别独立设计每个独立模态的线性PD控制器。最后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了四面固支压电加筋壁板结构的主动振动控制试验平台,进行了几种激励情况下的多模态线性自抗扰振动控制实验。结果表明,提出的方法不仅能够有效的抑制加筋壁板结构由于前两阶共振频率引起的振动,而且具有良好的抑制不确定因素引起的整个结构波动的能力。     

《压电层合板的振动主动控制》

利用一阶剪切变形理论推导压电层合板的抗弯刚度,由Hamilton变分原理建立压电层合板的有限元模型,采用模态叠加方法对有限元模型降阶。在应变最大处配置制动器和传感器,并采用二次线性控制的独立模态空间控制法来进行板结构的主动控制。数值算例验证了这种力学建模方法和控制方法的有效性。     

电流变夹层板滑模振动控制

为实现板结构振动控制,基于滑动模态控制思想,设计适用于电流变夹层结构的变刚度控制器,并且推导两类控制律——滑模控制律和简化的开关控制律。先将电流变液处理为可控黏弹性材料,基于Hamilton原理建立电流变夹层板有限元模型。设计滑模控制器时,首先将系统变换到模态空间,然后利用LQR最优控制理论设计控制面函数,设计电流变夹层板的滑模控制器,最后给出两个近似的半主动控制律。对悬臂电流变夹层板进行仿真分析,设计的滑模控制器能显著降低电流变夹层板振动水平,均方根降幅达到88.23%,取得明显优于被动控制的减振效果,体现电流变夹层结构在板结构振动控制应用中的前景。     

压电陶瓷在锥形圆筒振动主动控制中的应用

锥形圆筒结构被广泛应用在船舶、航天器等工程系统中,减小其振动具有重要意义。以单端固定的锥形圆筒为研究对象,将压电陶瓷粘贴在圆筒表面分别作为传感器及作动器组成减振装置。通过有限元方法得到结构固有频率及振型信息,并采用模态实验分析对仿真结果进行验证,仿真及实验结果相一致。根据结构的振动特性,设计多模态模糊滑模控制器对锥形圆筒各阶模态振动分别进行主动控制研究,得到时域及频域下实验结果,对比实验结果表明减振方法的可行性。     

基于分支电路的主动-被动混合式结构振动控制

研究了压电智能结构振动控制问题。采用基于分支电路的主动-被动混合的控制方法对结构振动进行抑制，通过在控制器中设置主动电感使得分支电路的谐振频率在一定范围内可以连续调节，以适应激励频率的变化。给出了系统的模型及控制算法，并进行了仿真及实验研究。仿真及实验研究的结果表明该方法能有效地抑制结构振动，并且其鲁棒性明显好于Filter-x算法。     

基于压电智能结构的镗削振动主动控制的仿真与实验研究

在镗削加工中,由于镗杆长颈比较大,因此,普遍存在镗削振动问题,这种振动限制了切削效率,影响了工件表面质量。提出以压电振动干扰抑制镗削振动的设想,建立了含有压电控制单元的镗削振动系统动力学模型;基于该模型设计了实验装置。理论仿真和实验分析结果表明,该装置能够有效抑制镗削过程中镗杆的振动,且结构简单,易于实现。     

压电智能结构有限元动力模型及其振动主动控制的研究

推导了压电智能结构的有限元动力方程;应用模态控制理论对结构振动主动控制的原理和策略进行了讨论,利用两种反馈控制律研究了智能结构振动抑制的问题,最后应用本文方法对一新型2—DOF平面并联压电智能杆机构进行了振动主动控制实验研究,结果表明系统的稳定时间从抑振前的488ms缩短到了抑振后的115ms,验证了本文方法的有效性。     

基于压电元件的悬臂梁振动与噪声主动控制实验研究

本文根据电致阻尼的原理，构造了相应的自适控制系统，用压电元件对悬臂结构振动与噪声的控制进行了实验与研究。结果表明：压电元件能在较广的动态范围内对薄壁结构的振动进行有效的控制，并使结构辐射噪声得到明显的衰减。     

基于滑模变结构的柔性机械臂振动控制

目的为了消除柔性机械臂的弹性振动,保证机械臂稳定运行。方法以水平运动的单杆柔性机械臂为研究对象,建立动力学模型,并以此为依据运用奇异摄动法将动力学方程分解为慢变和快变2个子系统,对2个子系统分别采用反演滑模变结构和模糊控制的手段进行控制,最后利用ADAMS和Matlab软件进行联合仿真,将控制结果与传统PID控制进行对比分析。结果稳定时间、振动量、角速度、控制力矩都得到提高,此种控制方式与传统的PID控制相比,平稳时间缩短了75%。结论该控制方法能够很好地对柔性机械臂进行振动控制,且控制效果明显强于传统的PID控制。     

结构滑模控制的一种指数趋近律方法

提出了一种指数趋近律 ,当正常运动段远离切换面时 ,能快速地趋向切换面 ;当运动接近切换面时 ,趋近速度又大大降低。这样与常用指数趋近律相比 ,过渡时间、系统的抖动以及所需控制力都能进一步减小。最后将这一理论应用到三层剪切型框架进行数值模拟 ,振动控制效果明显。     

基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制

永磁同步电机因其自身的一些优点,在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用。同时随着无位置传感器的深入研究以及矢量控制技术的日趋成熟,基于无位置传感器的永磁同步电机矢量控制系统正成为一个重要的研究方向。本文首先简单介绍了永磁同步电机测量模型和矢量控制的基本原理,在此基础上介绍了近十几年来提出的多种估算永磁同步电机转子位置和转速的方法,比较了各种方法的优缺点,并介绍了不同方法所适用的条件和场合。最后对滑模观测器方法进行了详细的分析,并着重对基于该方法的永磁同步电机矢量控制系统进行了细致的研究和仿真。     

无轴传动控制系统滑模变结构观测器研究

针对无轴传动中矢量控制系统各运动单元驱动电机、转子磁链难以精确观测的问题,设计了一种基于滑模变结构理论的转子磁链观测器,并用李亚普诺夫理论证明了算法的收敛性.仿真结果显示,该方法有较高的转子磁链观测准确度,并对转子电阻的变化具有鲁棒性.     

基于滑模观测器的环形倒立摆控制系统的设计与实现

针对多变量、非线性、强耦合的环形倒立摆系统,提出了一种滑模观测器的方案.该方案在采用Lagrange函数建立状态空间方程的基础上,利用能量控制策略实现自动起摆;采用最优控制理论中的极点配置法设计倒立摆系统的控制器;同时利用滑模变结构的等值原理设计观测器,实现对系统未知状态变量的观测.仿真结果表明:该方法能较好地实现对未知变量的跟踪.并通过对实际环形倒立摆系统的实时控制,验证了该方案的有效性,证明了所提方法具有良好的跟踪性能.     

基于迟滞观测器的压电工作台自适应控制

为提高压电陶瓷驱动的微定位工作台的精度和速度,设计了一种基于迟滞状态观测器的自适应控制系统.在分析压电陶瓷迟滞非线性特性和工作台结构的基础上,建立了压电工作台的动态迟滞模型.迟滞观测器用于估计由位移偏差、传递函数、迟滞变量和扰动而产生的不确定误差,对神经网络控制器的输出量进行补偿,使工作台的位移跟随参考值.基于李雅普诺夫稳定理论推导了迟滞观测器的自适应调节律.实验结果表明,采用带有迟滞观测器的自适应控制系统时,在30μm、1 Hz正弦信号作用下,工作台的平均定位误差从之前的0.39μm减小到了0.19μm,对迟滞特性的非对称拟合平均误差由0.42μm减小到0.22μm,在10μm阶跃输入时的平均定位误差从0.22μm减小到了0.13μm,稳定时间由0.19 s缩短为0.08 s,定位工作台的性能得到明显的改善,能够满足实验要求.     

基于超螺旋滑模扰动观测器的永磁同步电机无传感器抗干扰控制策略研究

目的 提高包装行业中自动化设备的工作精准度,优化传统永磁同步电机无传感器控制系统的稳定性,提高电机遭遇内外扰动后的系统鲁棒性和抗扰动性能。方法 引入超螺旋滑模算法,设计一种超螺旋滑模MRAS观测器来提高系统的稳定性,同时利用滑模扰动观测器对电机良好的动态进行性能追踪,利用超螺旋滑模算法对其进行性能优化,提出超螺旋滑模MRAS观测器和超螺旋滑模扰动观测器对永磁同步电机复合控制的策略。结果 该方案有效降低了电机遭遇扰动时转速估计误差,误差在0.8r/min附近波动,明显提高了电机控制系统遭遇干扰后的响应速度。结论 在MATLAB/SIMULINK中进行实验仿真,结果表明所提控制策略提高了系统的鲁棒性和追踪精度,加强了系统的抗干扰能力。     

压电变摩擦阻尼器减振结构的数值分析

基于对压电陶瓷驱动器和金属摩擦阻尼器力学性能的分析,将两者结合并提出智能压电摩擦阻尼器,通过合理设定压电驱动器电场强度与阻尼器相对位移和速度的系数,提出了位移和速度相关型、具有拟粘滞或拟摩擦阻尼力模型的压电摩擦阻尼器,并建立了相应的半主动控制的阻尼力规则。对两自由度结构地震反应的压电摩擦阻尼半主动控制和多种被动阻尼控制进行了分析和比较。结果表明:半主动和拟粘滞型压电摩擦阻尼均对结构的位移和加速度反应有良好的控制效果。     

非线性系统的有限时间扩张状态观测器的设计

针对非线性系统的不确定项和外部干扰问题,提出了一种有限时间扩张状态观测器的设计方案,实现了非线性系统不确定项和外部干扰的有限时间估计。与传统的线性扩张状态观测器相比,有限时间扩张状态观测器基于终端滑模的思想而设计,其非线性项的引入保障了扩张状态的有限时间估计,进而辅助设计控制器,可以提高系统的鲁棒性能。利用Lyapunov有限时间稳定性理论得到该观测误差系统收敛的充分条件。最后,实例仿真进一步验证了该策略的有效性。     

《永磁无刷直流电机非奇异终端滑模控制减振分析》

永磁同步电机的振动和噪声一直是困扰人们的难题,严重时可能直接决定系统能否稳定运行,甚至会产生混沌现象。采用先进的控制算法,可以减弱振动和噪声,提高驱动性能。针对永磁无刷直流电机设计一种全局非奇异终端滑模控制器,该控制器可以控制控制系统对外界扰动完全免疫,从而使得电机在连续调速、负载波动的情况下具有平稳特性,与经典PID控制相比具有更强的鲁棒性。